Оценка живучести железобетонных рамных конструкций транспортных сооружений при хрупком и пластическом разрушении

Объектам транспортной инфраструктуры — вокзальным комплексам, пассажирским платформам, эстакадам и перекрытиям станций метрополитена — присущи риски аварийных воздействий, связанных с потерей несущей способности отдельных элементов, например, при наезде транспортного средства, взрыве или пожаре. В статье исследуется напряженно-деформированное состояние железобетонных рамных конструкций, моделирующих элементы транспортных сооружений, при гипотетическом отказе крайней колонны.
Цель исследования — установить влияние типа разрушения (пластического или хрупкого) на способность конструктивной системы к перераспределению усилий и предотвращению прогрессирующего обрушения. Метод исследования — прямой динамический расчет с интегрированием уравнений движения и учетом физической нелинейности материалов, а также демпфирования по модели Рэлея. Рассмотрены два варианта армирования: симметричное (пластическое разрушение, ξ ≤ ξR) и переменное (хрупкое разрушение, ξ > ξR). Установлено, что при уровне нагружения 0,6–0,9 от предельной конструкции с пластическим характером разрушения демонстрируют затухающие колебания и стабилизацию напряженного состояния, тогда как в хрупких образцах наблюдается монотонный рост перемещений, свидетельствующий о развитии обрушения. Выявлено, что переармированные хрупкие сечения характеризуются более высокими пиковыми значениями скоростей и ускорений, что увеличивает динамическое догружение смежных элементов. Результаты могут быть использованы при проектировании и реконструкции железобетонных каркасов транспортных сооружений для повышения их живучести. 

1. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03–84*.— М.: Минрегион России, 2011.— 347 с.

2. СНиП 32–04–97. Тоннели железнодорожные и автодорожные. — М.: Госстрой России, 1997.— 95 с.

3. Бондаренко В. М., Колчунов В. И. Экспозиция живучести железобетона // Известия вузов. Строительство.— 2007.— № 5.— С. 4–8.

4. Travush V. I., Fedorova N. V. Survivability of structural systems of buildings with special effects // Civil Engineering.— 2018.— Vol. 81, No. 5.— P. 73–80.

5. Elsanadedy H. M., Almusallam T. H., Al-Salloum Y. A., Abbas H. Investigation of precast RC beam-column assemblies under column loss scenario // Construction and Building Materials. — 2017. — No. 142. — P. 552–571. — DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2017.03.110.

6. Saffari H., Javad Mashhadi J. Assessment of dynamic increase factor for progressive collapse analysis of RC structures // Engineering Failure Analysis. — 2018. — No. 84. — P. 300–310. — DOI: 10.1016/j.engfailanal.2017.11.011.

7. Федоров В. С., Меднов Е. А. Влияние исходного напряженно-деформированного состояния и уровня нагруженности на возможный динамический эффект при аварийном разрушении опоры в неразрезных стальных балках // Строительство и реконструкция.— 2010.— № 6.— С. 48–52.

8. Кабанцев О. В., Тамразян А. Г. Учет изменений расчетной схемы при анализе работы конструкции // Инженерно-строительный журнал.— 2014. — № 5(49). — С. 15–26. — DOI: 10.5862/ MCE.49.2.

9. Колчунов В. И., Колчунов Вл. И., Федорова Н. В. Деформационные модели железобетона при особых воздействиях и отказе конструктивных элементов // Промышленное и гражданское строительство.— 2018.— № 8.— С. 54–60.

10. Кодыш Э. Н. Проектирование защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения с учетом возникновения особого предельного состояния // Промышленное и гражданское строительство.— 2018.— № 10.— С. 95–101.

11. Fialko S., Kabantsev O., Perelmuter A. Elasto-plastic progressive collapse analysis based on the integration of the equations of motion // Magazine of Civil Engineering. — 2021. — Vol. 102, No. 2.— P. 10214.— DOI: 10.34910/MCE.102.14.

12. Колчунов В. И., Бушова О. Б., Кореньков П. А. Деформирование и разрушение железобетонных рам с ригелями, армированными наклонными стержнями, при особых воздействиях // Строительство и реконструкция. — 2022. — № 1(99).— С. 18–28.

13. Колчунов В. И., Кореньков П. А., Фан Д. Г. Особое предельное состояние в железобетонных каркасах с узлами, усиленными косвенным армированием при аварийных воздействиях // Вестник МГСУ. — 2021. — Т. 16, № 11.— С. 1462–1472.

14. Федорова Н. В., Ву Н. Т., Медянкин М. Д. Анализ нелинейного статико-динамического деформирования железобетонных рам в запредельных состояниях // Научный журнал строительства и архитектуры.— 2021.— № 4(64).— С. 11–24.

15. Федорова Н. В., Московцева В. С., Амелина М. А., Демьянов А. И. Определение динамических усилий в сложнонапряжённых элементах железобетонных рам при особом воздействии // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2023.— № 2(770).— С. 5–15.— DOI: 10.32683/0536–1052–2023–770–2–5–15.

16. Nguyen V. H., Tan K. H. Progressive Collapse Behaviour of Earthquake-Damaged Interior Precast Concrete Joints with Headed Bars and Plastic Hinge Relocation // Engineering Structures. — 2024.—Vol. 306.— URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141029624003791 (дата обращения: 14.05.2025).

17. Mirzahosseini H., Mirhosseini S. M., Zeighami E. Progressive Collapse Assessment of Reinforced Concrete (RC) Buildings with High-Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) // Structures. — 2023. —Vol. 49.— P. 139–151.— URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352012423001157 (дата обращения: 14.05.2025).

18. Wang H., Li S., Zhai C., Shan S. Progressive Collapse Resistance of Self-Centering Infilled Precast Concrete Frame under Side Column Removal Scenario // Engineering Structures. — 2024.— Vol. 301.— URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141029623016668 (дата обращения: 14.05.2025).

19. Tamrazyan A. Reduce the impact of dynamic strength of concrete under fire conditions on bearing capacity of reinforced concrete columns // Applied Mechanics and Materials.— 2014.— Vol. 475–476. — P. 1563–1566. — DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.475–476.1563.

20. Alekseytsev A., Sazonova S. Numerical Analysis of the Buried Fiber Concrete Slabs Dynamics under Blast Loads // Magazine of Civil Engineering.— 2023.— No. 1(117).— P. 11703.— DOI: 10.34910/MCE.117.3.

21. Кайдас П. А., Меликсетян С. Р., Коренькова О. О. Оценка прочности монолитных и сборно-монолитных железобетонных балок с использованием диаграммных методов расчета // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. — 2025. — № 1(51). — С. 36–40. — DOI: 10.52684/2312–3702–2025–51–1–36–40.

22. Меликсетян С. Р., Кайдас П. А., Коренькова О. О. Прочность и деформативность изгибаемых монолитных железобетонных элементов при динамических аварийных воздействиях // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. — 2025. — № 2(52). — С. 11–16. — DOI: 10.52684/2312–3702–2025–52–2–11–16.